本實用新型涉及一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測裝置，屬電測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

運行中的電流互感器出現(xiàn)強剩磁的一種可能是一次電流中有直流分量，使鐵芯磁飽和，導(dǎo)致鐵芯的等效導(dǎo)磁率減小，誤差將顯著地向負(fù)值反向偏移。直流分量對電流互感器誤差的影響，可以通過測量電流互感器在半波電流下的變換誤差進(jìn)行研究，但是，受半波電流所含直流分量很難進(jìn)行定量分析，研究結(jié)果具有局限性。因此，研究一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測方法對改變上述局面，具有現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是，為了解決電流互感器抗直流性能檢測過程中直流分量疊加方法的問題，目前，采用的半波電流檢測方法其波形所含直流分量很難進(jìn)行定量分析，導(dǎo)致檢測結(jié)果局限性很大，本發(fā)明提供了一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測裝置。

本實用新型的方案是，一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測裝置，包括一臺標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、一個中央處理器、一個顯示器、一套直流電流源、一套交流電流源、電壓取樣測量裝置；交流電流源與直流電流源按設(shè)置的比例輸出各自交流電流與直流電流，交流電流源的交流電流回路將標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次回路與試品電流互感器的一次回路串聯(lián)，直流電流源的直流電流回路穿過試品電流互感器的磁芯形成一次回路，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次回路和試品電流互感器的二次回路均連接電壓取樣測量裝置，電壓取樣測量裝置連接中央處理器，中央處理器連接顯示器。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述電壓取樣測量裝置由兩個取樣電阻和兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次回路連接一個取樣電阻和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，試品電流互感器的二次回路連接一個取樣電阻和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均連接中央處理器。

試品電流互感器的一次電流含有直流電流并且所含直流分量的比例為已知值β％，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次電流經(jīng)取樣電阻R₀得到U₀，試品電流互感器的二次電流經(jīng)取樣電阻R_X得到U_X，中央處理器通過數(shù)據(jù)總線控制二個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對U₀和U_X進(jìn)行同步采樣和數(shù)據(jù)存儲，并分別計算出電壓有效值、相位差，計算方法如下：

電壓有效值計算：

推導(dǎo)參見《電能計量技能考核培訓(xùn)教材》，中國電力出版社，陳向群主編，P139～P140；一個周期內(nèi)平均有功功率計算：

推導(dǎo)參見《電能計量技能考核培訓(xùn)教材》，中國電力出版社，陳向群主編，P97～P98；

一個周期內(nèi)平均無功功率計算：

推導(dǎo)參見《電能計量技能考核培訓(xùn)教材》，中國電力出版社，陳向群主編，P133功率因數(shù)計算：

推導(dǎo)參見《電能計量技能考核培訓(xùn)教材》，中國電力出版社，陳向群主編，P135

令式(1)中U＝U₀，u(t_k)＝u₀(t_k)，則：

同理：

令式(3)、(4)中u(t_k)＝u₀(t_k)，i(t_k)＝u_x(t_k)，則：

令式(5)中φ＝δ則相位差δ：

式(1)～(10)中：T——正弦波周期時間；

n——一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)；

U——電壓有效值；

φ——相位

P——一個周期內(nèi)虛擬平均有功功率；

Q——一個周期內(nèi)虛擬平均無功功率；

i(t_k)——在t_k時刻的電流瞬時值；

u(t_k)——在t_k時刻的電壓瞬時值；

u₀(t_k)——在t_k時刻表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的電壓瞬時值；

u_x(t_k)——在t_k時刻表征試品電流互感器二次電流的電壓瞬時值；

δ——相位差

Δt——采樣時間間隔；

——滯后t_k時刻四分之一周期的電流瞬時值；

將表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的測量值U₀與表征試品電流互感器二次電流的測量值U_X進(jìn)行計算：

由于R₀＝R_X，U₀＝I₀R₀，U_X＝I_XR_X，因此：

計算結(jié)果通過顯示器顯示，從而實現(xiàn)對試品電流互感器進(jìn)行抗直流性能進(jìn)行檢測。

具體步驟如下：

1、接線方式：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器選擇與試品電流互感器相同的額定電流比，按試品電流互感器銘牌參數(shù)額定二次負(fù)荷設(shè)置電流負(fù)荷箱對應(yīng)負(fù)荷量程；交流電流回路將標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次回路與試品電流互感器的一次回路串聯(lián)，直流電流回路穿過試品電流互感器的磁芯形成一次回路，試品電流互感器的二次電流經(jīng)取樣電阻R_X得到U_X，中央處理器通過數(shù)據(jù)總線控制二個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對U₀和U_X進(jìn)行同步采樣，并進(jìn)行計算，計算結(jié)果通過顯示器顯示，據(jù)此接線；

2、將交流電流緩慢升至測量點額定電流的I_t％，給標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和試品電流互感器一次回路交流電流I_AC；

3、按直流分量百分比β調(diào)節(jié)直流電流源升至一次直流電流I_DC，給試品電流互感器一次回路疊加了一次直流電流I_DC，使I_DC/I_AC＝β％；

4、采樣電路對表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的測量值u₀和表征試品電流互感器二次電流的瞬時值u_x實施同步采樣，一個周期內(nèi)采樣n次，將N個周期的采樣數(shù)據(jù)存儲；

5、按計算表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的有效值U₀；

6、按計算表征試品電流互感器二次電流的有效值U_X；

7、按計算虛擬有功功率值P；

8、按計算虛擬有功功率值Q；

9、按計算相位差δ；

10、按計算比值差f：

11、并記錄比值差f，相位差δ；

12、將交流電流、直流電流緩慢降至0；

13、數(shù)據(jù)處理：計算結(jié)果比值差保留到0.01％，相位差保留到0.1。。

本實用新型的有益效果是，檢測電流互感器抗直流性能時，采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，解決了電流互感器抗直流性能檢測量值溯源問題；采用分立的交流電流源和直流電流源，解決了電流互感器抗直流性能檢測過程中直流分量比例定量的問題；利用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、交流電流源、直流電流源、電流負(fù)荷箱等電流互感器檢測設(shè)備，可實現(xiàn)對電流互感器抗直流性能檢測的檢測。具有方法簡潔、經(jīng)濟、科學(xué)、實用、可操作性強、成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測裝置接線圖；

圖2是試品電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流過零時間與相位差關(guān)系示意圖。

圖中符號：

TA₀、TA_X----分別為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、試品電流互感器；

L₁、L₂----分別為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次繞組極性端、非極性端；

S₁、S₂----分別為試品電流互感器二次繞組極性端、非極性端；

K₁、K₂----分別為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次繞組極性端、非極性端；

I_AC----為一次交流電流；

I_DC----為一次直流電流；

I_X----為試品電流互感器二次電流；

I₀----為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流；

U_X----為表征試品電流互感器二次電流的電壓值；

U₀----為表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的電壓值；

R_X----為試品電流互感器二次電流的取樣電阻；

U₀----為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的取樣電阻；

ΔT----為試品電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流過零時間差值；

i、t----分別為坐標(biāo)中的電流、時間；

Z----為電流負(fù)荷箱；

A/D1、A/D2----分別為電壓、電流模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路；

V_IN----為模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路模擬量輸入端；

com----為集成電路公共端；

data bus----為數(shù)據(jù)總線；

CPU----為中央處理器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種基于比例直流疊加法的電流互感器抗直流性能檢測裝置，采用一臺標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，二個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、一個中央處理器、一個顯示器、一套直流電流源、一套交流電流源、二個取樣電阻；交流電流源與直流電流源按設(shè)置的比例輸出各自交流電流與直流電流，交流電流回路將標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次回路與試品電流互感器的一次回路串聯(lián)，直流電流回路穿過試品電流互感器的磁芯形成一次回路，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次回路連接一個取樣電阻和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，試品電流互感器的二次回路連接一個取樣電阻和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均連接中央處理器，中央處理器連接顯示器，此時，試品電流互感器的一次電流含有直流電流并且所含直流分量的比例為已知值標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次電流經(jīng)取樣電阻R₀得到U₀，試品電流互感器的二次電流經(jīng)取樣電阻R_X得到U_X，中央處理器通過數(shù)據(jù)總線控制二個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對U₀和U_X進(jìn)行同步采樣，并進(jìn)行計算，計算結(jié)果通過顯示器顯示，從而實現(xiàn)對試品電流互感器進(jìn)行抗直流性能進(jìn)行檢測。

其電氣原理(見圖1)。

工作原理如下：設(shè)一次交流電流有效值為I_AC，疊加的一次直流電流為I_DC，直流分量百分比為β，則：

由于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次回路僅通入一次交流電流I_AC，可采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，試品電流互感器一次回路在通入一次交流電流I_AC的同時疊加了一次直流電流I_DC，且疊加的一次直流電流I_DC的幅值可根據(jù)直流分量百分比為β進(jìn)行調(diào)節(jié)，用來考核試品電流互感器的抗直流性能。

其中交流電流I_AC的主要技術(shù)參數(shù)：

(1)電流范圍：5A～1000A

(2)失真度：小于5％

直流電流I_DC的主要技術(shù)參數(shù)：

(1)電流范圍：1A～400A

(2)紋波系數(shù)：小于1％

依據(jù)JJG1021-2007《電力互感器檢定規(guī)程》對相位差的定義：“電流互感器的相位誤差δ定義為一次電流相量與二次電流相量的相位差，單位為“′”。相量方向以理想電流互感器的相位差為零來決定，當(dāng)二次電流相量超前一次電流相量時，相位差為正，反之為負(fù)?！庇捎陔娏骰ジ衅髟谥绷鞣至坑绊懴孪辔徊畋容^大，可達(dá)10°數(shù)量級，因此，不能使用“′”為相位差單位，宜采用“°”為相位差單位。

電壓有效值的計算方法：

虛擬平均有功功率和無功功率的計算方法：

比值差和相位差的計算方法：

實施例1

第一步：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器選擇與試品電流互感器相同的額定電流比，按試品電流互感器銘牌參數(shù)額定二次負(fù)荷設(shè)置電流負(fù)荷箱對應(yīng)負(fù)荷量程，按接線圖(見圖1)進(jìn)行接線；

第二步：將交流電流緩慢升至測量點額定電流的I_t％；

第三步：按直流分量百分比β調(diào)節(jié)直流電流源升至一次直流電流I_DC，給標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次回路僅通入交流電流I_AC，試品電流互感器一次回路在通入一次交流電流I_AC的同時疊加了一次直流電流I_DC，使I_DC/I_AC＝β％；

第四步：采樣電路對表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的測量值u₀和表征試品電流互感器二次電流的瞬時值u_x實施同步采樣，一個周期內(nèi)采樣n次，將N個周期的采樣數(shù)據(jù)存儲；

第五步：按計算表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的有效值U₀；

第六步：按計算表征試品電流互感器二次電流的有效值U_X；

第七步：按計算虛擬有功功率值P；

第八步：按計算虛擬有功功率值Q；

第九步：按計算相位差δ；

第十步：按計算比值差f：

第十一步：并記錄比值差f，相位差δ；

第十二步：將交流電流、直流電流緩慢降至0；

第十三步：計算結(jié)果比值差保留到0.01％，相位差保留到0.1°。

實施例2

第一步：接線方式：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器選擇與試品電流互感器相同的額定電流比，按試品電流互感器銘牌參數(shù)額定二次負(fù)荷S_n設(shè)置電流負(fù)荷箱負(fù)荷量程(上限負(fù)荷)，按接線圖(見圖1)進(jìn)行接線，設(shè)置直流分量比例值β及試品互感器銘牌編號：××××××；

第二步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的1％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第三步：采樣電路對表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的測量值u₀和表征試品電流互感器二次電流的瞬時值u_x實施同步采樣，一個周期內(nèi)采樣n次，將N個周期的采樣數(shù)據(jù)存儲；

第四步：按計算表征標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流的有效值U₀；

第五步：按計算表征試品電流互感器二次電流的有效值U_X；

第六步：按計算虛擬有功功率值P；

第七步：按計算虛擬有功功率值Q；

第八步：按計算相位差δ；

第九步：按計算比值差f：

第十步：將計算值f和δ記錄為比值差f₁，相位差δ₁；

第十一步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的5％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第十二步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第十三步：將計算值f和δ記錄為比值差f₅，相位差δ₅；

第十四步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的20％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第十五步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第十六步：將計算值f和δ記錄為比值差f₂₀，相位差δ₂₀；

第十七步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的100％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第十八步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第十九步：將計算值f和δ記錄為比值差f₁₀₀，相位差δ₁₀₀；

第二十步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的120％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第二十一步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第二十二步：將計算值f和δ記錄為比值差f₁₂₀，相位差δ₁₂₀；

第二十三步：緩慢將交流電流和直流電流降至0；

第二十四步：將電流負(fù)荷箱設(shè)置為3.75VA負(fù)荷量程(下限負(fù)荷)；

第二十五步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的1％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第二十六步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第二十七步：將計算值f和δ記錄為比值差f_1x，相位差δ_1x；

第二十八步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的5％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第二十九步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第三十步：將計算值f和δ記錄為比值差f_5x，相位差δ_5x；

第三十一步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的20％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第三十二步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第三十三步：將計算值f和δ記錄為比值差f_20x，相位差δ_20x；

第三十四步：緩慢調(diào)節(jié)升交流電流，并測量標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次電流I₀，當(dāng)I₀達(dá)到額定電流的100％時結(jié)束交流電流源的測控操作；緩慢調(diào)節(jié)升直流電流，并測量直流電流I_DC，當(dāng)I_DC達(dá)到I_DC/I_AC＝β％時結(jié)束直流電流源的測控操作；

第三十五步：重復(fù)操作第三步～第九步；

第三十六步：將計算值f和δ記錄為比值差f_100x，相位差δ_100x；

第三十七步：緩慢將交流電流和直流電流降至0；

第三十八步：計算結(jié)果比值差保留到0.01％，相位差保留到0.1°；

第三十九步：將數(shù)據(jù)分別填入對應(yīng)的表1中。

表1